-
Verfahren zur Wärme- und/oder mittels eines gasförmigen
-
Reagens durchgeführten chemischen Behandlung von Gut in einem langgestreckten
Behandlungsraum und Behandlungsraum zur Durchführung des Verfahrens.
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärme- oder mittels
eines gasförmigen Reagens durchgeführten chemischen Behandlung von Gut in einem
langgestreckten Behandlungsraum und richtet sich ferner auf einen Behandlungsraum
zur Durchführung dieses Verfahrens.
-
Es ist bekannt, Trocken-, Glüh- oder Brennprozesse in langgestreckten
Öfen durchzuführen. So wird beispielsweise keramisches Gut, wie Mauerziegel, Dachziegel,
Spaltplatten, Feuerfestmaterial, Porzellan und anderes in sogenannten Tunnelöfen
gebrannt. Solche Güter müssen aber auch vorher bereits getrocknet werden, was in
langgestreckten Trockenkammern vorgenommen wird. Anderes Gut, das Glühprozessen
unterworfen wird, rnuß nicht unbedingt die Gestalt von Formkörpern haben, sondern
kann auch als Schüttgut vorliegen. Auch hier befindet sich dieses Gut in einer Ofenatmosphäre,
die in eine Kühlzone, eine Behandlungszone und eine Aufwärmzone unterteilt ist.
Auch mittels eines gasförmigen Reagens durchgeführte chemische Behandlungen von
stückigem, körnigem oder ähnlichem Gut lassen sich in solchen Öfen durchführen.
-
Bei solchen Behandlungen zu unter ziehenden Gütern kommt es wesentlich
darauf an, daß in den jeweiligen Behandlungsraumquerschnitten vergleichsweise gleichmäßige
Temperaturverhältnisse vorherrschen, weil Temperatursprünge oder Temperaturänderungen
dem zu behandelnden Gut schaden. In diesen Ofen finden nämlich chemische oder physikalische
Umwandlungen statt, die nur in engsten Temperaturbereichen erfolgen dürfen.
-
Dies gilt auch dann, wenn die Terperaturen vergleichsweise hoch sind.
-
Aber nicht nur die Empfindlichkeit des zu behandelnden Gutes ist bei
solchen Wärmebehandlungen zu beachten, sondern es ist auch für die Bemessung des
Behandlungsraumes wesentlich, daß die Temperaturen in jedem Querschnitt senkrecht
zur Strömungsrichtung der Behandlungsatmosphäre möglichst gleich sind. Dies gilt
auch dann, wenn das zu behandelnde Gut beispielsweise in einem Tunnelofen auf Brennwagen
entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der Ofenatmosphäre durch diesen Ofen hindurchgeführt
wird. Das Problem vergrößert sich, wenn die Ofenquerschnitte vergleichsweise groß
sind. So kennt man Ofenquerschnitte in der Größenordnung bis zu 12 m2 und mehr,
wo in jedem Querschnitt annähernd gleiche Temperaturen herrschen sollen. So sind
beispielsweise bei Brenntemperaturen von 1000 OC nur Differenzen von bis zu ungefähr
20 OC in dem jeweiligen Querschnitt zulässig.
-
Aus der DE-PS 15 58 041 ist bereits ein Verfahren zur Befeuerung von
Brennräumen mit gasförmigen oder zerstäubten oder vergasten flüssigen Brennstoffen
bekannt, die mindestens einem horizontal angeordneten Brennerpaar zugeführt werden,
dessen Brenner von den seitlichen Begrenzungen des Brennraumes her und in dessen
unterem Bereich gegeneinander gerichtet brennen. Dort ging es darum, ein Verfahren
zur Befeuerung solcher Brennräume mit gasförmigen oder zerstäubten oder vergasten
flüssigen Brennstoffen zu schaffen, mit dem es möglich ist, die Temperaturvergleichmäßigung
so weit zu treiben, daß die an den Brand von keramischem Gut gestellten Forderungen
optimal erfüllt werden können.
-
Die Lösung dieses Problems bestand darin, periodisch und fortlaufend
die Leistung des einen Brenners des Brennerpaares von einem Minimum auf ein Maximum
und zurück und gleichzeitig die Leistung des anderen Brenners des Brennerpaares
von einem
Maximum auf ein Minimum und zurück derart zu regeln, daß
die Brenngase aufeinandertreffen, die Summe der Leistungen beider Brenner des Brennerpaares
immer im wesentlichen konstant ist und der Zusammentreffpunkt der Brenngase sich
über die ganze Breite des Brennraumes hin- und herbewegt.
-
Dieses Verfahren ist lediglich für die Befeuerung von Brennräumen
mit Hilfe von Brennern brauchbar, in denen gasförmiger oder zerstäubter oder vergaster
flüssiger Brennstoff verbrannt wird. In Trockenräumen ist dieses Verfahren beispielsweise
nicht durchführbar, weil dort keine Brenner zur Verfügung stehen. Auch in Ofen,
die elektrisch beheizt werden, kommt ein solches Verfahren nicht in Frage.
-
Außerdem ist das Verfahren auf die Beheizung von Brennräumen beschränkt,
d. h. von Räumen, in denen vergleichsweise hohe Temperaturen bis zu 1000 OC und
mehr herrschen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das schon sehr alte Problem
der Aufrechterhaltung und Herstellung der Temperaturgleichheit in kanalartigen Behandlungsräumen
optimal zu lösen unabhängig davon ob der Einsatz von Brennern möglich oder erwünscht
ist.
-
Die Erfindung geht somit aus von einem Verfahren zur Wärme-und/oder
mittels eines gasförmigen Reagens durchgeführten chemischen Behandlung von Gut in
einem langgestreckten Behandlungsraum, in dem die Behandlungsatmosphäre über das
Behandlungsgut aus einer zur Kühlung des Behandlungsgutes dienenden Kühlzone durch
eine Behandlungszone, in welcher das Behandlungsgut der höchsten Temperatur ausgesetzt
ist, und schließlich zu einer Vorwärmzone geführt wird, in der das Behandlungsgut
von einer Anfangstemperatur auf die Behandlungstemperatur aufgewärmt wird. Die Lösung
dieser Aufgabe erfolgt mit Maßnahmen, wie sie im kennzeichnende Teil des Patentanspruches
1 wiedergegeben sind.
-
Mit einer Regelung der Behandlungsatmosphärenbewegung innerhalb praktisch
wenigstens von Teilbereichen des gesamten kanalförmigen Behandlungsraumes, wie sie
durch die Erfindung vorgeschlagen wird, ist es möglich, in jedem Querschnitt des
kanalartigen Behandlungsraumes zu einer praktisch vollständigen Vergleichmäßigung
der Temperatur zu kommen.
-
Das Verfahren kann dabei auf unterschiedlichste Weise geführt werden,
z. B. vorzugsweise derart, daß die Behandlungsatmosphäre in der Aufwärmzone und
in der Behandlungszone wenigstens in Teilmengen oberhalb des Behandlungsgutes abgesaugt
und diese abgesaugte Behandlungsatmosphäre im Bereich unterhalb des Behandlungsgutes
in den langgestreckten Behandlungsraum zurückgeführt wird, während in der Kühlzone
die Absaugung im Bereich unterhalb des Behandlungsgutes und die Rückführung oberhalb
des Behandlungsgutes erfolgt.
-
Vorzugsweise wird weiter so vorgegangen, daß Menge und Geschwindigkeit
der eingeblasenen Ströme zwischen 0 % und 100 % geregelt werden.
-
Die Regelung der Menge und/oder der Geschwindigkeit der beiden gegeneinander
gerichtet eingeblasenen Ströme erfolgt in Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig
in der Art, daß die Summe der von beiden Längsseiten eingeblasenen Gasströme in
jedem Einblasquerschnitt jeweils konstant ist, obwohl der Zusammentreffbereich der
Gasströme sich über die ganze Breite des Ofentunnels hin- und herbewegt.
-
Die Ofenatmosphäre kann über die gesamte Länge des Ofenkanals in gleichen
Abständen abgesaugt und wieder eingeblasen werden, es ist aber auch je nach den
Gegebenheiten möglich,die Ofenatmosphäre über die gesamte Länge des Ofenkanals in
unterschiedlichen Abständen abzusaugen und wieder einzublasen.
-
Das Erfindungsprinzip ist auch auf Tunnelöfen übertragbar, bei denen
das Behandlungsgut den Ofenkanal vom Eintrittsende bis zum Austrittsende stetig
oder absatzweise durchläuft und die Ofenatmosphäre im Gegenstrom dazu vom Austrittsende
des Behandlungsgutes zum Eintrittsende desselben durch den Ofenkanal hindurchgeführt
wird.
-
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann ein Teil der abgesaugten
Ofenatmosphäre abgezweigt und an anderer Stelle in den Ofenkanal eingeführt werden.
Es ist aber auch möglich, Zusatzatmosphäre anstelle der abgezweigten Atmosphäre
in den Ofentunnel einzuführen. Man erhält somit einen weiten Spielraum in der Gestaltung
der Ofenatmosphäre hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Temperatur.
-
Eine weitere Möglichkeit bietet sich insoweit an, als wenigsten in
Teilbereiche des Behandlungsraumes die abgesaugte Teilmenge der Behandlungsatmosphäre
über einen Wärmetauscher geführt wird.
-
Mit einer Ausführungsform des Verfahrens derart, daß wenigstens in
Teilbereichen des kanalartigen Behandlungsraumes die abgesaugten Teilmengen der
Behandlungsatmosphäre zusammengeführt werden und die derart vereinigten Teilmengen
von einem einzigen Gebläse gefördert und über ein einziges Regeln organ in periodisch
von einem Minimum auf ein Maximum und zurück geregelte, gegeneinander gerichtete
Teilströme aufgespalten und wieder in den Ofenkanal eingeblasen wird, ergibt sich
die Möglichkeit mit nur einem Gebläse und nur einem Regelorgan auszukommen, was
die Betriebskosten des Verfahrens wesentlich senkt und es ermöglicht, einen zur
Durchführung dieses Verfahrens entwickelten Behandlungsraum oder Ofen wesentlich
preisgünstiger zu erstellen. Ist der Einsatz von Wärmetauschern vorgesehen, kann
auch deren Anzahl
gegebenenfalls nur auf einen einzigen Wärmetauscher
reduziert werden oder es lassen sich die Wärmetauscher zu Gruppen zusammenfassen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenigstens einige der Wärmetauscher im Bereich der
Kühlzone mit wenigstens einigen Wärmetauschern im Bereich der Vorwärmzone derart
zu koppeln, daß aus der Kühlzone gewonnene Wärme zum Aufwärmen in die Vorwärmzone
zur Verfügung steht.
-
Behandlungsräume zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung
sind in den Ansprüchen 12 bis 15 gekennzeichnet.
-
Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen tunnelartigen
Behandlungsraum; Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen langgestreckten Behandlungsraum;
Fig. 3 einen Schnitt durch einen der Behandlungsräume nach Fig. 1 oder 2; Fig. 4
bis 6 den gleichen Schnitt wie in Fig. 3, jedoch mit Angabe verschiedener Strömungen
zu unterschiedlichen Zeiten; Fig. 7 einen Teilschnitt durch einen der Behandlungsräume
nach Fig. 1 oder 2 mit einer Abzweigung in dem Kanal zur Umwälzung der Atmosphäre;
Fig. 8 einen Teilschnitt durch einen der Behandlungsräume nach Fig. 1 oder 2 mit
angedeuteten Brennern in den Leitungen zur Umwälzung der Atmosphäre;
Fig.
9 und Fig. 10 Teilschnitte durch besonders vorteilhafte Ausführungsformen von tunnelartigen
Behandlungsräumen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung; Fig. 11 und
Fig. 12 Teilschnitte durch abgeänderte tunnelartige Behandlungsräume und in Fig.
13 eine weitere abgeänderte Ausführungsform eines tunnelartigen Behandlungsraumes
nach der Erfindung.
-
Der langgestreckte Behandlungsraum nach Fig. 1 ist in eine Aufwärmzone
A, eine Behandlungszone B und eine Abkühlzone C unterteilt. Das Behandlungsgut sitzt
auf Wagen 1, die den Tunnelkanal 2 in Richtung der Pfeile D und F durchfahren. In
im vorliegenden Fall gleichmäßigen Abständen sind oberhalb der Wagenplateaus 3 in
den Seitenwänden des Tunnelkanals Öffnungen 4 und oberhalb des auf den Wagen 1 gestapelten
nicht gezeichneten Behandlungsgutes unterhalb der Decke 5 des Tunnelkanals Öffnungen
6 vorgesehen. Die Öffnungen 4 sollen im Zusammenhang mit Fig. 3 später noch näher
erläutert werden.
-
Fig. 2 zeigt einen langgestreckten Behandlungsraum, dessen Einfahrtende
nach Einschieben der Wagen 21 in den Tunnelkanal 22 durch ein Verschlußschild 23
verschlossen ist. Die Atmosphäre bewegt sich in Richtung des Pfeiles G und wird
durch die Absaugöffnung 24 abgesaugt. Dadurch entsteht wiederum eine Aufwärmzone
A, eine Behandlungszone B und eine Kühlzone C ähnlich wie beim Behandlungsraum nach
Fig. 1.
-
Die entsprechenden Öffnungen 4 und 6 sind in Fig. 2 zur Vereinfachung
der Darstellung nicht wiedergegeben.
-
In Fig. 3 erkennt man bei 31 die Ummauerung des Behandlungsraumes,
die
den Tunnelkanal 32 umschließt. Im Tunnelkanal sind entsprechende Schienen vorgesehen,
auf denen das Räderwerk 33, 34 der Wagen 35 läuft, so daß diese in den Tunnelkanal
32 eingeschoben werden können. Bei 36 sind Einblaskanäle angedeutet, durch die die
Ofenatmosphäre, die aus den Öffnungen 37 aus dem Tunnelkanal 32 abgesaugt worden
ist, unter Führung durch Rohrleitungen 38 wieder in den Tunnelkanal 32 eintritt.
Die Pfeile an den Öffnungen 37 deuten die Strömung der Atmosphäre an. Selbstverständlich
kann die Strömung auch umgekehrt verlaufen. Dies gilt insbesondere für die Kühlzone,
wo kühlere Atmosphäre sich von oben nach unten bewegen soll. In den Rohren 38 sind
in Fig.3 nicht gezeichnete Gebläse vorgesehen. Diese Gebläse erkennt man aus den
Fig. 4 bis 6. Dort sind sie jeweils mit 41 und 42 bzw. 51 und 52 bzw. 61 und 62
angedeutet. Auch hier erkennt man wiederum die Behandlungsraumummauerung 43 bzw.
-
53 bzw. 63 und die Wagen 44 bzw. 54 bzw. 64, auf denen das Behandlungsgut
ruht. Nach Fig. 4 ist das Gebläse 41 derart in Betrieb, daß die Umwälzströmung 45
der Atmosphäre entsteht. Das bedeutet, das Gebläse 41 arbeitet mit 100 % Leistung,
während das Gebläse 42 praktisch abgeschaltet ist.
-
Nach Fig. 5 arbeiten beide GEbläse 51, 52 mit 50%iger Leistung und
es entstehen die beiden gegeneinander gerichteten Teilströme 55 und 56. Nach Fig.
6 ist das Gebläse 62 in Betrieb und zwar mit 100%iger Leistung, während das Gebläse
61 praktisch stillsteht. Es ergibt sich dann die Strömung 65. Die Änderung von dem
Strömungsverlauf 45 über den Strömungsverlauf 55/56 zum Strömungsverlauf 65 erfolgt
periodisch, so daß auf den Strömungsverlauf 65 ein Strömungsverlauf ähnlich 55/56
und dann ein Strömungsverlauf 45 folgt. Die aufeinandertreffenden Ströme eingeblasener
Atmosphäre bewegen sich also von der einen Seitenwand zur anderen Seitenwand des
Tunnelkanals und zurück.
-
In Fig. 7 erkennt man, daß in der Seitenwandung 71 des Tunnelkanals
72 Austrittsöffnungen 73 und Absaugöffnungen 74
vorgesehen sind.
Die Pfeile zeigen die möglichen Strömungsrichtungen an. 75 bedeutet ein Gebläse
ähnlich den Gebläsen 41, 42 bzw. 51, 52 bzw. 61, 62. Bei 76 und 77 sind Drosselklappen
angedeutet, mit denen es möglich ist, die Strömung der Atmosphäre so zu steuern,
daß entsprechend dem Pfeil H ein Teil der Atmosphäre über den Kanal 78 zu anderen
Eintrittsöffnungen ähnlich der Eintrittsöffnung 73 geführt werden kann oder aber
die Möglichkeit besteht, diesen Teil anderweitig zu verwenden. Wird das Gebläse
75 unterhalb des Kanals 78 angeordnet, dann wird Atmosphäre von außerhalb eingesaugt.
-
In Fig. 8 ist mit 81 der Tunnelkanal bezeichnet, in dem ebenso wie
nach Fig. 7 Öffnungen 82 und 83 vorgesehen sind.
-
Die Pfeilrichtung deutet wieder die Strömungsrichtung entsprechend
dem Pfeil nach Fig. 7 an. Das Gebläse ist mit 84 bezeichnet. Bei 85 und 86 sind
Möglichkeiten der alternativen Anordnung von Brennern angedeutet, die in die mittels
des Gebläses 84 geförderte Atmosphäre brennen. Wird die Erhitzung in der Behandlungszone
B mittels Brenner oder Brenn gasen vorgenommen, die zu ihrer Funktion Sauerstoff
benötigen, der allgemein mit Luft zugeführt wird, so ist es möglich, ein Minimum
den Brennern unmittelbar zuzuführen und einen entsprechenden Luftüberschuß in der
geschilderten Weise aus der umgewälzten Ofenatmosphäre zu gewinnen. Insbesondere
bei einer Ausführungsform eines langgestreckten Ofens nach Fig. 2 ist es möglich,
eine Zwangsläufigkeit der Ofenausnutzung zu erzielen, die noch dadurch verbessert
werden kann, daß das zu behandelnde Gut in geeigneter Weise gestapelt wird. Dadurch
wird erreicht, daß die theoretische Zirkulation durch örtliche Wirbelbildungen in
ihrer Wirkung noch verstärkt wird.
-
Die Intensität der Erwärmung bzw. Abkühlung in der Aufwärmzone bzw.
in der Abkühlzone und damit die Geschwindigkeit der Erwärmung bzw. Abkühlung in
den verschiedenen
Temperaturbereichen dieser Zonen kann dadurch
verändert werden, daß die Geschwindigkeit der verschiedenen Einblasungen verschieden
groß gewählt wird. Der Wärmeübergang von dem zu behandelnden Gut an die umgebende
Atmosphäre bzw. von der Atmosphäre an das Behandlungsgut hängt unmittelbar von der
Geschwindigkeit der umgebenden Atmosphäre bzw.
-
von der Stärke der An- bzw. Einblasung ab.
-
Besonders vorteilhafte Ausführungsformen eines Behandlungsraumes zur
Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in den Fig. 9 und 10 dargestellt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 ist der Tunnelkanal 91 durch Seitenwände 92
und 93 und eine Decke 94 begrenzt und wird von Tunnelwagen 95 durchfahren, auf denen
das Behandlungsgut aufgestapelt oder aufgeschüttet ist. Bei 96a und 96b wird in
Richtung des dort erkennbaren Pfeiles die Atmosphäre abgezogen und über Rohrleitungen
97a und 97b einem Wärmetauscher 98 zugeführt, der einen Teil der Wärme aus der Behandlungsatmosphäre
mit Hilfe eines strömenden Mediums entnimmt, das zu anderen Wärmeverbrauchern oder
zu anderen Teilen des Behandlungsraumes geführt werden kann. Selbstverständlich
kann der Wärmetauscher auch zur Zuführung von Wärme zur Behandlungsatmosphäre dienen.
-
Bei 99 ist ein Gebläse angedeutet, das die abgesaugten Teilmengen
der Behandlungsatmosphäre in eine gemeinsame Leitung 100 führt, in der sich ein
Regelorgan 101, beispielsweise in Form einer Klappe befindet, die die Teilmengen,
die bei 102a und 102b wieder in den Tunnelkanal 91 zurückgeführt werden, so zu regeln
gestattet, daß sich innerhalb des Behandlungsraumes die Teil- und Ringströme ausbilden,
die im Zusammenhang mit der Erläuterung der Fig. 3 bis 8 im einzelnen beschrieben
sind. Man erkennt, daß nur ein einziges Gebläse und ein einziges Regelorgan genügen,
um so die Teilströme und Wirbelströme zu erzeugen.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 ist ein Ofenkanal 111 durch Seitenwände
112 und 113 und eine Decke 114 begrenzt.
-
Auch dieser Ofenkanal wird von Tunnelwagen 115 durchfahren, auf denen
sich das Behandlungsgut befindet, das ebenso wie in Fig. 9 nicht im einzelnen dargestellt
ist.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 erfolgt das Absaugen der Atmosphäre
entsprechend den Pfeilen bei 116a und 117a.
-
Die dort abgesaugte Atmosphäre wird von einem Geblase 119 über den
Wärmetauscher gesaugt, wobei die Teilmengen bereits wieder vereinigt sind und in
das Rohr 120 geführt werden, wo mit Hilfe des Regelorganes 121 die Aufteilung auf
die Leitungen 122a und 122b erfolgt, aus denen entsprechende Teilmengen entsprechend
den Pfeilen bei 123a und 123b in den Tunnelkanal 111 zurückgeführt werden. Da das
Regelorgan 121 rhythmisch zwischen seinen Endstellungen hin- und herbewegt wird,
wie es auch beim Regelorgan 101 der Fall ist, ergeben sich entsprechende Einblas-
und Absaugströme im Tunnelkanal 11 die vorstehend bereits im Zusammenhang mit den
Fig. 3 bis 8 im einzelnen geschildert worden sind. Auch hier genügt ein einziges
Gebläse und ein einziges Regelorgan, wobei ebenso wie bei der Ausführungsform nach
Fig. 9 ein einziger Wärmetauscher zur Ab- bzw. Zuführung gewünschter Wärmemengen
von bzw. zu den Behandlungsströmen genügt.
-
Derartige Anordnungen können in beliebiger Weise verteilt über die
Länge des Behandlungsraumes angeordnet, aber auch gruppenweise zusammengefaßt werden.
-
In Fig. 11 und 12 sind Abänderungen der Behandlungsräume nach Fig.
9 und 10 wiedergegeben. Es sind zusätzliche Einblasöffnungen 13'ja und 131b in der
Mitte der Tunnelhöhe vorgesehen, wobei die Verteilung der Atmosphärenströme auf
die verschiedenen Einblasöffnungen durch Klappen 132 oder ähnliche Steuerorgane
geregelt werden können.
-
Fig. 13 zeigt einen Behandlungsraum, bei dem die Einführung der Atmosphäre
von der Decke her erfolgt,was sich besonders für die Kühlzone empfiehlt.
-
- Leerseite -